(57)【要約】【課題】  超音波振動の共振周波数の上昇を抑えることにより、大きな振動振幅を得ることによって高いトルクの駆動力を出力させ得る超音波アクチュエータを提供する。【解決手段】  超音波発生素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有するステータ１と、このステータに貫挿されて保持され、回転および／または直動する柱状の作動子２とを備える超音波アクチュエータにおいて、ステータは、少なくとも二組の対向する面１１，１２，１３，１４の表面および／または内部に複数の空孔ｈ１，ｈ２を有する構成とする。【選択図】  図１
2013183563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発生素子を有するステータと、このステータに貫挿されて保持され、回転および／または直動する柱状の作動子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、表面および／または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記ステータは、多孔質金属により構成されたステータである請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
前記ステータの空孔は、貫通した貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
前記空孔は、規則的にかつ等間隔に穿設された空孔であることを特徴とする請求項１または３に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項５】
六面体のステータと、このステータの対向する二面を貫通する作動子孔と、この作動子孔の内部に貫挿されて保持され、回動および／または直動する柱状の作動子と、前記ステータの残りの四面のそれぞれに装着された超音波発生素子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、前記超音波発生素子が装着される四面の表面および／または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とする超音波アクチュエータ。
【請求項６】
前記ステータは、多孔質金属により構成されたステータである請求項５に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項７】
前記空孔は、前記六面体のうち対向する二面間を貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項５に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項８】
前記貫通孔は、相互に等間隔でかつ規則的に穿設された貫通孔であることを特徴とする請求項７に記載の超音波アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータに関し、特に、高トルクの出力を可能にする超音波アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超音波アクチュエータは、複数の電歪素子または磁歪素子を組み合わせた振動子を、弾性体の内部に組み込み、当該弾性体の表面に励振される横波と縦波の合成による進行波を、作動子の一方向運動に変換する構成のものがあり、上記作動子を回転子とすることにより、当該回転子に対して回転運動を付与する構成のものであった（特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、上記構成のアクチュエータは、弾性体と作動子（回転子）とを加圧接触させる必要性から、そのための押圧機構を設けることが要求されるものであった。また、回転子を回転させるためには、弾性体を円環状に形成し、その円環に当接する円盤状の回転子を摩擦接触させる構成であるため、その回転子が大きくなってしまい、小型化すべき駆動装置には適さないものとなっていた。
【０００４】
そこで、円柱状または円筒状の作動子（軸部材または円筒ロータ）を駆動する超音波アクチュエータが開発されている（特許文献２ないし４参照）。これらの技術は、円柱状または円筒状の作動子と摩擦接触するステータが円筒状に形成されており、その円筒状ステータの外部表面に圧電素子を点在させる構成のほかに（特許文献２）、円筒状のステータの内部表面に圧電素子を設け、このステータの内部に摩擦材帯を介して作動子を接触させる構成（特許文献３）であった。さらに、円筒状の固定子（ステータ）の一方表面に分極電極を配列し、他方表面に全面電極を設ける構成としたものがあった（特許文献４）。
【０００５】
しかしながら、ステータを円筒状とする場合、その表面に設けられる圧電素子は、当該円筒状表面に沿った形状としなければならず、その製造が容易なものではなかった。しかも、ロータを作動させるための超音波振動の励起が複雑となり、そのままの構成により小型化することが難しいものであった。そこで、本願の発明者らは、小型化を可能にし得る超音波アクチュエータを開発した（特許文献５および６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−９６８８１号公報
【特許文献２】実開平２−８３６９５号公報
【特許文献３】特開平３−１９８６７２号公報
【特許文献４】特開平１０−２１０７７６号公報
【特許文献５】ＷＯ２００８／０３８８１７号公報
【特許文献６】特開２００９−２６１４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前掲の特許文献５に開示される技術は、作動子孔の軸線方向に垂直な断面の外周輪郭が四角形となるステータを、鉄、ステンレス、アルミニウム、銅等の金属材料で構成し、前記四角形側面に超音波発生素子を取り付ける構成であった。また、上記技術では、作動子の駆動トルクを向上させるために、ステータと作動子との摩擦を最適に設定することが必要となるところ、ステータの作動子孔の径と作動子の径とをミクロン単位で調整することが困難なことから、前掲の特許文献６に開示される技術では、ステータを複数の部品により構成することとし、作動子の径に応じてステータの作動子孔の大きさを調整できるように構成していた。
【０００８】
ところが、ステータと作動子との摩擦状態を最適に設定したとしても、本来生じるべきトルクを得ることができない場合があった。その理由としては、圧電素子などの超音波発生素子により励起される超音波振動の共振周波数が上昇することに伴って、共振する超音波振動の振幅が減少することによることが考えられる。このことは、アクチュエータを小型化した際には深刻な問題となっていた。
【０００９】
本発明は、上記諸点にかんがみてなされたものであって、その目的とするところは、超音波振動の共振周波数の上昇を抑えることにより、大きな振動振幅を得ることによって高いトルクの駆動力を出力させ得る超音波アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、本発明は、超音波発生素子を有するステータと、このステータに貫挿されて保持され、回転および／または直動する柱状の作動子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、表面および／または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とするものである。
【００１１】
上記構成によれば、ステータの表面および／または内部には複数の空孔が存在するため、同じ材料による塊状のもの（バルク）に比較して、外部から受ける応力に対するひずみ量が大きくなり、ステータ全体のヤング率が小さくなる。そして、共振周波数は、ヤング率を密度で除した値の平方根により求めることができるところ、ヤング率が小さくなることにより、その値（共振周波数）は小さくなる。その結果として共振する振動の振幅を大きくすることができ、大きいトルクを得ることができるのである。ここで、ステータ全体のヤング率とは、ステータを一つの塊として観察する場合のヤング率（応力／ひずみ）を意味するものであり、材料固有のヤング率は変化しないが、ステータ全体としてはひずみを生じやすくなることから、全体としてのヤング率は小さくなるのである。なお、上記理由から、以下において、ステータ全体を観察したときのヤング率のことを「みかけのヤング率」と称する場合がある。なお、上記において、回転駆動のためのトルクを中心に説明したが、直線方向への進退移動（直動）におけるスラスト力についても同様である。以下の説明においてもトルクを中心として説明するがその場合も同じである。
【００１２】
上記発明において、ステータを多孔質金属で構成してもよい。多孔質金属とは、金属粉末を成形・焼結して製造される金属であり、金属粉末にバインダおよび気孔形成材料を添加して製造することができるものである。このような多孔質金属を使用する場合には、気孔形成材料の添加量によって金属中に形成される空孔の割合を調整することができ、所望のヤング率を有するステータを形成することが可能となる。
【００１３】
上記発明において、ステータの空孔は、貫通した貫通孔で構成することができる。このような構成によれば、ステータは、隣接する貫通孔の間隙に存在する材料によって全体が形成されることとなり、外部から受ける応力に対するひずみ量が一層大きくなり、ステータ全体のヤング率を小さくすることができる。
【００１４】
さらに、上記発明における空孔は、規則的にかつ等間隔に穿設された空孔とすることができる。このような構成であれば、ステータ全体のうち、部分的にひずみが大きく（または小さく）なることを避け、全体的に均一な状態でひずみを大きくすることができる。
【００１５】
また、本発明は、六面体のステータと、このステータの対向する二面を貫通する作動子孔と、この作動子孔の内部に貫挿されて保持され、回動および／または直動する柱状の作動子と、前記ステータの残りの四面のそれぞれに装着された超音波発生素子とを備える超音波アクチュエータにおいて、前記ステータは、前記超音波発生素子が装着される四面の表面および／または内部に複数の空孔を有してなることを特徴とするものである。
【００１６】
上記構成によれば、超音波発生素子が装着される面の表面に、またはその表面から適宜深さに至る範囲もしくは適宜深さにおける一部に、複数の空孔が設けられていることから、超音波発生素子によって励起される振動は、上記複数の空孔のないところを伝達し、共振することとなるが、その振動が励起される部分のひずみが大きくなり、当該部分のヤング率を小さくすることとなるため、共振する振動の振幅を大きくすることができる。また、ステータの形状は基本的に六面体で構成されることとなるから、超音波発生素子は、上記六面体の四面に装着することができることから、超音波発生素子をステータの形状に合わせる必要がない。
【００１７】
上記構成に発明においてもステータを多孔質金属で構成することができる。多孔質金属は、金属粉末を成形して所望形状に製造することができることから、上記構成のように、空孔を有する金属によって六面体を製造することが可能である。
【００１８】
また、上記発明において、空孔は、前記六面体のうち対向する二面間を貫通する貫通孔で構成することができる。このような構成であれば、対向する二面間を貫通させていることから、当該貫通孔は、作動子用孔に至る（作動子用孔をも貫通する）こととなり、超音波発生素子により振動が励起される面から、作動子用孔までの範囲が同じ状態でひずむ状態とすることができ、当該範囲におけるヤング率を同様の値に調整することができる。
【００１９】
さらに、貫通孔は、相互に等間隔でかつ規則的に穿設された構成とすることができる。このような構成であれば、六面体に形成したステータについて、その四面から作動子用孔に至る範囲の内部構造を均一にすることができ、当該四面の用面で励起した振動は、その四面のいずれで励起した場合も同様に作動子用孔に伝達されることとなり、その共振する振動も同様に作動子に作用させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、小型化した際にトルク不足となり得る超音波アクチュエータについて、高トルク化することができる。すなわち、医療分野においては、カテーテルの誘導用モータとして使用することができ、所望トルクを微細なモータによって得ることができることから、低侵襲性の高い医療行為において使用することができる。また、カテーテルを使用した末梢血管や冠静脈など血管内部の診断装置としての血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：Ｉｎｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）において、プローブ（超音波探触子）の回転駆動に使用することも可能となる。このＩＶＵＳは、カテーテルの先端にプローブが設けられ、このプローブから超音波を発信し、反射信号を再びプローブで受信するものであり、この反射信号から画像化する装置であり、血管の内壁を周方向に回転させるための駆動力として、微小な本発明のモータを使用することができるのである。さらに、内視鏡の先端に取り付ける場合には、先端の位置を特定するためのデバイスとして機能させることができ、薬剤投与や部分的切除の際に高速な位置特定が可能となり、患者への負担を軽減させることが可能となる。
【００２１】
さらに、カメラの分野においては、オートフォーカス用のレンズ駆動モータやズームレンズの駆動モータとして使用することができる。当該モータを軽量かつ小型のモータを搭載することにより、これらのカメラの軽量化・小型化を実現することができる。つまり、本発明のモータは、単位質量当たりのトルクを高くすることから、所望トルクを得るためのモータ全体の質量を低下させることとなり、同等のトルクを出力させる場合は軽量化が可能であり、他方、同等の重量のモータを搭載する場合には高トルクを得ることができる。従って、ロボット分野における可動部（駆動すべき各種部位）の駆動モータとして使用する場合においても、軽量化・小型化を可能にするものであり、その他の産業機械の分野（例えば自動車等）におけるモータとしても使用可能となる。
【００２２】
また、六面体のステータのうち、四面について超音波発生素子を装着する構成の本発明にあっては、小型化する際に、当該四面を平面として取り扱うことができることから、そのステータの形状に合わせて複雑な形状の超音波発生素子を設ける必要がなく、平面に装着できる超音波発生素子を使用することができる。これにより、超音波アクチュエータ全体を安価に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】超音波アクチュエータの第一の実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）はステータと作動子との関係を示す図であり、（ｂ）はステータに設ける空孔の状態を示す図である。
【図３】超音波アクチュエータの第一の実施形態の変形例を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は超音波アクチュエータの第二の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は、その一部の分解図、（ｃ）は変形例を示す分解図である。
【図５】（ａ）は、超音波アクチュエータの第三の実施形態を示す斜視図であり、（ｂ）は第四の実施形態を示す斜視図である。
【図６】超音波アクチュエータの第五の実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。なお、図１（ａ）はステータ上面側の斜視図であり、（ｂ）は底面側の斜視図である。この図に示すように、ステータ１は、全体形状が六面体に構成され、その一組の対向する二面に設けられた後述の作動子孔に作動子２が貫挿されている。また、六面体のうちの残る二組の対向する面（四面）１１，１２，１３，１４には、それぞれ超音波発生素子としての圧電素子３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが装着されている。この圧電素子３ａ〜３ｄは、各面１１〜１４に超音波を発生させることにより、作動子孔の内面に対して進行波を発生させることができる。そこで、各面１１〜１４ごとに９０度ずつ位相をずらして（例えば、平面１１から右側面１２、底面１３、左側面１４に向かって９０度ずつ位相をずらして）超音波を発生させることにより、作動子２を回転させることができる。このように四面１１，１２，１３，１４ごとに位相を９０度ずつずらした場合にトルクが最大となり、この位相差を変更することによってトルクを調整することも可能である。
【００２５】
なお、ステータ１および作動子２は、鉄、ステンレス鋼、金、銅、チタンなどの金属材料により設けられるが、これらに限定されるものではない。すなわち、使用される対象物に応じて適宜選択すればよいのである。例えば、金やチタンなどの生体適合性を有する材料を使用すれば、医療分野における内視鏡の駆動に利用可能である。そして、これらの金属材料は、単一の材料に限定されるものではなく、合金であってもよく、被覆・メッキ加工した材料でもよい。すなわち、特定の金属材料により製造したステータ１および作動子２に対し、金またはチタン等の生体適合性を有する金属によって被覆することにより、前述のように医療分野における利用が可能になる。
【００２６】
また、ステータ１と作動子２は、異なる材料で製造することができることは言うまでもない。モータのトルクはステータ１のヤング率と比重に大きく左右されるためである。なお、比重の大きい材料を使用すれば、同一形状の他の材料との比較において、密度が大きいことから、同じヤング率であっても共振周波数を小さくすることができる。従って、比重の大きい材料を選択することにより使用することにより、他の材料による場合との比較において、同じ大きさであっても高トルクを得ることができる。
【００２７】
上記構成のステータ１における二組の対向面１１〜１４には、それぞれ複数の空孔ｈ１，ｈ２が穿設されており、各空孔ｈ１，ｈ２は各面１１〜１４の表面で開口している。圧電素子３ａ〜３ｄは、上記空孔ｈ１，ｈ２の開口を閉塞するように装着されるものである。この圧電素子３ａ〜３ｄによる開口の閉塞は、各面１１〜１４における複数の空孔ｈ１，ｈ２の全部を閉塞してもよく、また、図示のように複数穿設される空孔ｈ１，ｈ２ｂを部分的に閉塞するように装着してもよい。ここで、空孔とは、中空状態の孔を意味し、孔の内部が中空であれば、表面で開口する構成（図１）のほか、後述するように、表面で開口せずステータ１の内部に中空部を有する構成としてもよい。表面で開口する構成の空孔の場合においても、前述のように開口を全て閉塞するときは、中空部が内部に存在させる構成と実質的には同様となる。
【００２８】
図２は、作動子２を離脱させた状態のステータ１を示す図である。図２（ａ）に示すように、ステータ１は、対向する一組の二面１５，１６の間を貫通する作動子孔４が設けられている。前述のとおり、ステータ１は六面体で構成されており、作動子孔４を設けるべき対向面１５，１６を正方形とする場合、当該作動子孔４を当該対向面１５，１６の中央に設けることにより、残りの四面１１〜１４と作動子孔４の内周面との位置関係が均等となり、各面１１〜１４において発生する超音波振動が作動子孔４の内周面に対し、均等に伝達され、その内部に貫挿される作動子２の表面に対する進行波を同じ程度で作用させることができる。
【００２９】
また、本実施形態のステータ１は、図２（ｂ）に示すように、二組の対向面１１〜１４のうち、各組ごとに空孔ｈ１，ｈ２を貫通孔で構成している。すなわち、平面１１から底面１４に到達するように空孔（貫通孔）ｈ１が穿設され、右側面１２から左側面１３に到達するように空孔（貫通孔）ｈ２が穿設されているのである。従って、図示のように、作動子孔４の内周面にも各空孔（貫通孔）ｈ１，ｈ２が開口する状態となるのである。
【００３０】
ここで、上記空孔または貫通孔ｈ１，ｈ２は、機械的に穿設することも可能であるが、空孔を有する金属材料を使用してステータ１を構成してもよい。そのような金属材料としては多孔質金属がある。この多孔質金属は、金属粉末を焼結して塊状に成形されるものであり、金属粉末とともに気孔形成材料を充填した後、成形・焼結して製造されるものである。気孔形成材料は、常温において固体であるが加熱により溶融・蒸発する材料が使用される。なお、金属粉末同士の結合のためにバインダが充填され、気孔形成材料の消失によって形成される気孔が維持されるように金属粉末を結合させている。この種の多孔質金属は、金属材料の全体にわたって気孔を分散させることにより、材料全体における気孔の状態を均等に設けることができる。また、その気孔の含有率は、気孔形成材料の添加割合によって調整できることから、所望割合の空孔率を得ることが可能となる。なお、この種の多孔質金属としては、例えば太盛工業株式会社製の多孔質金属などがある。
【００３１】
本実施形態は、上記のような構成であるから、ステータ１に複数の空孔（または貫通孔）ｈ１，ｈ２を設けることによって、ステータ１の全体はひずみ易い構造体となり、ステータ１の全体のヤング率（この全体のヤング率のことをみかけのヤング率を呼ぶ場合がある）は小さくなり得る。すなわち、ヤング率は、応力をひずみで除した値（ヤング率＝応力／ひずみ）であるところ、同じ応力が作用した場合に比較して、そのひずみが大きくなれば全体のヤング率（みかけのヤング率）を小さくすることができるのである。
【００３２】
さらに、共振周波数は、そのヤング率と密度で除した値の平方根で算出されることから、みかけのヤング率を小さくすることにより、密度が同じであれば、その共振周波数は小さくなり、これに伴い振幅が大きくすることができる。なお、密度は、ステータ１に使用する材料により決定し、空孔ｈ１，ｈ２を穿設したとしても変化するものではないことから、上記のように共振周波数を小さくすることが可能となるのである。
【００３３】
他方、作動子（これをロータと呼ぶことがある）２を振動により回転させ、または直動（進退方向への直線移動）させるためには、ステータ１と接触する作動子２の表面に対して、ステータ１による周期的な進行波が、進行方向に向かって順次摩擦接触させることを要する。その際、駆動力のトルクを高めるためには、摩擦接触の摩擦力を大きくするか、または、振動の振幅を大きくすることによらなければならない。そして、摩擦力の増大が期待できない場合には、振幅を増大させることとなる。また、共振振動の周波数が大きい場合は、周期の変動が高速となるため振幅が小さくなる傾向にあり、周波数が小さい場合は、振幅が大きくなる。そこで、振幅を増大させるためには共振振動の周波数を小さくすることによって、結果的にトルクを高めることができることとなるのである。
【００３４】
ところで、同じ材質のステータを使用して共振周波数を小さくするためには、第一にヤング率を小さくするか、第二に密度を大きくする方法が考えられる。材質が同じであれば、純度を上げることによって密度を大きくすることは可能な場合もあるが、その率が大きく変化するものではない。そこで、ヤング率を小さくすることを検討する。ヤング率は、材料そのものに着目する場合、同じヤング率と想定される。それは、全てが塊状の材料について測定・算出されるからである。しかしながら、例えば、中空部分を有する材料のように、外見は同じであっても応力が作用したときのひずみが大きくなる場合は、全体としてのヤング率は小さくなり得る。そこで、本発明では、ステータ１を加工して、全体としてのヤング率を人為的に小さくすることとしたのである。
【００３５】
上記を実証するために、有限要素法により、共振振動の周波数がどのように変化するかを解析した。解析用のモデルは、図１および図２に示すような構造の立方体のステータ１である。ステータ１は、１辺の長さが１４ｍｍの立方体であり、対向する一組の二面１５，１６に直径１０ｍｍの貫通孔を設けて作動子孔４を形成し、残りの四面（二組の対向する二面）１１〜１４に直径１．８ｍｍの貫通孔（空孔）ｈ１，ｈ２をそれぞれ３６個設けるものとした。比較例としてのモデルは、１辺の長さが１４ｍｍの立方体で作動子用孔として直径１０ｍｍの貫通孔（作動子孔４）を設けただけの構成とした。いずれのステータについても材料はリン青銅（Ｃ５１９１）とし、圧電素子は、富士セラミック社製のＺ０．６Ｔ１０×１０Ｓ−Ｗ（材料Ｃ８２）を想定した。作動子はステンレス鋼とし、直径を９．９９８ｍｍの嵌め合い公差を想定した。
【００３６】
この場合、比較例のモデルは、固有振動周波数が６８ｋＨｚであったのに対し、解析用のモデルでは、５２ｋＨｚとなり、約２４％の低下であることが判明した。このように、ステータの構造を変化させることによって、共振周波数を低下させ、それによる振幅の増大を可能にするのである。
【００３７】
以上のように、塊状のステータと同じ材料を使用したとしても本実施形態のように空孔ｈ１，ｈ２を設けることにより、共振周波数を大きく低下させることが可能である。従って、上記の結果として、振幅が大きくなり、それに対応して作動子２に対するトルクを増大させることが可能となるのである。
【００３８】
次に、第一の実施形態の変形例について説明する。図３は、その変形例を示す斜視図である。この変形例は、図示のように、ステータ１に空孔ｈ１，ｈ２を穿設した各面１１〜１４（左側面１３および底面１４は図示していない）に、それぞれ作動子２の軸線方向に向かって二枚の圧電素子３１，３２（平面１１には圧電素子３１ａ，３２ａ、右側面１２には圧電素子３１ｂ，３２ｂ）を直列に配置したものである（図示せぬ左側面１３および底面１４にも同じ状態で圧電素子が設けられる）。
【００３９】
上記のような構成にすることにより、同一面に装着される二種類の圧電素子３１，３２により発生させる超音波の位相をずらすことによって直動（進退方向への直線的な摺動）を可能にするものである。このとき直列する二種類の圧電素子３１，３２の位相を９０度ずらした場合にスラスト力が最大となり、その位相差を変更することにより出力を調整する（所望のスラスト力を作動子２に作用させる）ことができる。また、二種類の圧電素子３１，３２を同じ位相としつつ、隣接する面の間において位相をずらす場合、例えば、平面１１における圧電素子３１ａ，３２ａを同じ位相で統一し、右側面１２の圧電素子３１ｂ，３２ｂは、前記平面１１の圧電素子３１ａ，３２ａとは異なる位相によって統一する（図示せぬ左側面１３および底面１４も適宜位相をずらす）場合には、前述のように各面１枚の圧電素子を設ける場合と同様に作動子２を回転させることができる。このときの各面で統一した位相が９０度ずつずらした場合に回転トルクが最大となる。さらに、上記双方の状態を混在させた態様もあり得る。すなわち、各面における二種類の圧電素子３１，３２の位相をずらすとともに、隣接する面の相互間における位相をもずらす場合である。このような場合には、作動子２を直動させつつ同時に回転させるような制御も可能となる。このような移動子２の制御には、各圧電素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂに印加する交流電圧の位相を個別に調整することにより行うことができる。
【００４０】
次に、第二の実施形態について説明する。図４（ａ）は第二の実施形態におけるステータの斜視図である。この図に示すように、ステータ１０１は、上部１０５と下部１０６とを分離した個別の部材で構成され、さらに、両者１０５，１０６の中間に側部１０７，１０８を挿入したものである。このような構成は、微細なステータ１０１を形成する際に、作動子（図示せず）との嵌め合い状態を調整することが可能となる。これらを一体化するためには、接着、溶接、鋲着などの方法によることができる。
【００４１】
そして、本実施形態における空孔ｈ１０１は、貫通孔とせずに所定深さの孔により形成している。このような空孔ｈ１０１は、上部１０５（および下部１０６）の表面から適宜深さで穿孔して設けることも可能であるが、図４（ｂ）に示すように、複数枚の材料を積層することによって構成してもよい。
【００４２】
すなわち、図４（ｂ）に示すように、上部１０５は、上層１５１、中間層１５２および下層１５３により構成され、上層１５１および中間層１５２には、それぞれ貫通孔ｈ１０１ａ，ｈ１０１ｂを穿設し、下層１５３には貫通孔を設けない構造とするのである。これらの三層１５１，１５２，１５３を積層することにより、上層１５１および中間層１５２の肉厚に等しい深さの空孔を形成することができるのである。
【００４３】
さらに、上記構成を変形した例として、図４（ｃ）に示すように、中間層１５２にのみ貫通孔ｈ１０１ｂを設けたものが考えられる。このような構成の場合には、空孔は、中間層１５にのみ存在し、上層１５１および下層１５３には空孔が形成されない状態となるのである。このような構成であっても、ステータの内部に空孔が存在することから、みかけのヤング率を小さくすることができることから、本発明の目的を達成することが可能となる。
【００４４】
そして、上記構成においては、ステータ１０１として組み立てた場合、二組の対向面（平面、底面、左右の側面）の各表面には空孔が形成されないこととなるから、この表面に設けられる圧電素子により発生する超音波振動は、その全面に伝達されることとなり、その振動を効率よくステータ１０１の全体に作用させることができる。
【００４５】
次に、その他の実施形態について説明する。図５（ａ）は、第三の実施形態を示す斜視図である。この図に示すように、本実施形態は、第一の実施形態において、さらに、作動子孔を設けるべき一組の対向面（正面および図示せぬ背面）２１５（，２１６図示せず）にも貫通孔ｈ２０３を穿設したものである。図示していないが、圧電素子３ａ〜３ｄは、第一の実施形態と同様に四面２１１，２１２（，２１３，２１４図示せず）にそれぞれ装着されている。本実施形態では、六面全てに空孔ｈ２０１，ｈ２０２，ｈ２０３が形成されることから、みかけのヤング率を一層小さくすることができる。
【００４６】
また、図５（ｂ）は、第四の実施形態を示す斜視図であり、この図に示すように、空孔ｈ３０１，ｈ３０２を断面四角形状の貫通孔で構成したものである。既述の実施形態で参照した図１〜図５（ａ）は、いずれも空孔の断面形状が円形であったが、この空孔の断面形状は円形に限定されるものではなく、その他の形状としてもよく、本実施形態のように四角形とすることができる。さらに、加工が容易であるなら、その他の形状、例えば、三角形や楕円であってもよい。
【００４７】
本発明の実施形態は上記のとおりであるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、参照する図面のステータ１，１０１，２０１，３０１は、いずれも立方体として図示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、図６に示す第五実施形態のように、ステータ４０１が、作動子４０２の軸線方向に長尺な形状とすることができる。この場合、ステータ４０１の二組の対向面（平面４１１，右側面４１２，底面（図示せず）および右側面（図示せず））には、それぞれ作動子４０２の軸線方向に複数の圧電素子４３１，４３２を設置することが容易となる。この場合、図示では、二つの圧電素子を直列方向に設置しているが、その数を増加させてもよい。
【００４８】
なお、ステータ４０１の正面および背面は正方形とすることによって、その中央に作動子孔を設ければ、各面から作動子表面までの距離が均等となるが、これを長方形としてもよい。そのような構成の場合、二組の対向面の全てに圧電素子を設置してもよいが、いずれか一組の対向面（例えば、平面と底面）のみに圧電素子を設置する構成でもよい。さらに、第二実施形態（図４参照）のように、ステータを分離した個別の部材で構成してもよく、空孔を貫通孔により構成するほか、内部に配置する構成としてもよい。また、圧電素子の制御が可能であれば、ステータの横断面形状を四角形に限定する必要はなく、断面形状を六角形や八角形としてもよく、さらに、圧電素子を湾曲して製造することが容易であれば、ステータの形状を円筒状とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１０１，２０１，３０１，４０１  ステータ
２，２０２，３０２，４０２  作動子
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，４３１ａ，４３１ｂ，４３２ａ，４３２ｂ  圧電素子
４  作動子孔
１１，２１１，３１１，４１１  平面
１２，２１２，３１２，４１２  右側面
１３  左側面
１４  底面
１５  正面
１６  背面
ｈ１，ｈ２，ｈ１０１，ｈ１０１ａ，ｈ１０１ｂ，ｈ２０１，ｈ２０２，ｈ３０１，ｈ３０２，ｈ４０１，ｈ４０２  空孔
【図１】
2013183563.tif 000003
【図２】
2013183563.tif 000004
【図３】
2013183563.tif 000005
【図４】
2013183563.tif 000006
【図５】
2013183563.tif 000007
【図６】
2013183563.tif 000008